BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. VSAT (Very Small Aperture Terminal) VSAT (Very Small Aperture Terminal) adalah stasiun penerima sinyal dari satelit dengan antena penerima berbentuk piringan dengan diameter kurang dari empat meter. Fungsi utama dari VSAT adalah untuk menerima dan mengirim data ke satelit. Satelit berfungsi juga sebagai penerus sinyal untuk dikirimkan ke titik lainnya di atas bumi. Sebenarnya piringan VSAT tersebut menghadap ke sebuah satelit geostasioner. Satelit geostasioner merupakan satelit yang selalu berada di tempat yang sama sejalan dengan perputaran bumi pada sumbunya yang dimungkinkan karena mengorbit pada titik yang sama di atas permukaan bumi, dan mengikuti perputaran bumi pada sumbunya. Lebih mudahnya VSAT adalah koneksi internet menggunakan satelit. Biasanya koneksi internet pada mesin ATM (Automated Teller Machine) menggunakan VSAT.[2] Teknologi VSAT pertama kali dikenal di Amerika Serikat pada awal tahun 1980-an. VSAT masuk pertama kali ke Indonesia tahun 1989 seiring dengan bermunculannya bank-bank swasta yang sangat membutuhkan sistem komunikasi online seperti ATM. Arsitektur Jaringan VSAT terdiri dari : 1. Ground Segment (segmen bumi), yang terbagi menjadi : o o Indoor Unit (IDU), terdiri dari modem satelit Outdoor Unit (ODU), terdiri dari RFT (Radio Frequency Transmitter), LNA (Low Noise Amplifier) dan Antena. 5

2 6 2. Space Segment (segmen angkasa) yakni satelit. Keseluruhan jaringan VSAT ini dimonitor dan dikendalikan oleh suatu Network Management System (NMS) yang berlokasi di Hub Network Operations Center (NOC). Dewasa ini, VSAT telah digunakan di lebih dari 120 negara dengan lebih dari terminal terpasang. Solusi komunikasi hemat biaya yang ditawarkan VSAT menjadi pilihan berbagai sektor industri yang seringkali menghadapi kenyataan bahwa adopsi teknologi akan diikuti dengan kebutuhan biaya yang lebih tinggi. Gambar 2.1 : Konfigurasi Jaringan VSAT 2.2. Keuntungan dan Kerugian VSAT Dengan teknologi VSAT yang semakin maju, komunikasi antar pulau di Indonesia akan menjadi semakin mudah, murah dan efisien. Mudah, karena tidak terhalangi lautan maupun topografi bumi. Murah, karena jauh atau dekat biayanya sama. Teknologi VSAT dapat dimanfaatkan untuk mempermudah telekomunikasi di banyak industri dan bisnis. Di samping itu, teknologi komunikasi dengan media VSAT ini juga memiliki kekurangan. Berikut manfaat dan kerugian sistem VSAT.

3 7 a. Kelebihan dari penggunaan VSAT: 1. Jangkauan luas, karena menggunakan satelit GEO (Geostaioner - geosynchronous earth orbit Geostasioner), maka untuk menjangkau seluruh permukaan bumi cukup digunakan 3 buah satelit. 2. Fleksible, terminal VSAT dapat dipasang dan dikurangi dengan mudah dan cepat serta dapat dipasang di mana saja. 3. Cocok untuk digunakan pada daerah dengan kondisi geografis yang susah digunakannya kabel dan terrestrial seperti kepulauan yang luas dan banyak. 4. Bandwidth yang digunakan dalam komunikasi satelit cukup lebar, cocok untuk komunikasi broadband. b. Kelemahan dari penggunaan VSAT: 1. Jarak satelit dan bumi yang relatif jauh mengakibatkan adanya delay propagasi yang signifikan. 2. Rentan tehadap kondisi cuaca dan atmosfer bumi. 3. Biaya setup awal sebuah sistem satelit sangat mahal. 4. Memerlukan tempat yang besar Frekuensi Kerja VSAT Untuk mendapatkan data Internet dari setelit, sistem ini sama dengan mendapatkan sinyal televisi dari satelit. Jadi data dikirimkan oleh satelit dan diterima oleh sebuah alat decoder pada sisi pelanggan. Data yang diterima dan yang hendak dikirimkan melalui VSAT harus di-encode dan di-decode terlebih dahulu. Satelit Telkom-1 menggunakan C-Band (4-6 GHz). Selain C-Band ada juga KU- Band. Namun C-Band lebih tahan terhadap cuaca dibandingkan dengan KU-Band.

4 8 Satelit ini menggunakan frekuensi yang berbeda antara menerima dan mengirim data. Intinya, frekuensi yang tinggi digunakan untuk uplink (5,925 sampai 6,425 GHz), frekuensi yang lebih rendah digunakan untuk downlink (3,7 sampai 4.2 GHz). Sistem ini mengadopsi teknologi TDM (Time Division Multiplexing) dan TDMA (Time Division Multiple Acess). [2] Tabel 2.1 Frekuensi kerja VSAT [3] Ku Band C Band Extend C Band (GHz) (GHz) (GHz) Frekuensi Transmit 14,0 14,5 5,925 6,425 6,425 6,725 Frekuensi Receive 10,7 12,75 3,7 4,2 3,4 3,7 Dari Tabel 2.1 dapat dilihat VSAT terbagi 2 frekuensi kerja, yaitu frekuensi kerja Ku-Band dan C-Band. Perbedaan antara Ku-Band dan C-Band adalah Sistem KU-Band memiliki energi yang lebih besar untuk mencegah campur aduknya dengan sistem gelombang mikro bumi dibandingkan sistem C-Band, dan besarnya energi untuk melakukan pengiriman sinyal balik ke bumi juga dapat lebih ditingkatkan. Dengan sistem ini energi pengiriman sinyal berhubungan dengan ukuran piringan penangkap sinyal. Jadi semakin besar energinya maka ukuran piringan yang dibutuhkan untuk menangkap sinyal tersebut akan semakin kecil, sedangkan C-Band frekuensi microwave dari C-Band lebih baik dibandingkan dengan frekuensi microwave KU-Band (11,2GHz sampai dengan 14,5GHz) dalam kondisi cuaca buruk, yang digunakan oleh satu set satelit komunikasi. Kondisi cuaca buruk tersebut berhuhbungan dengan uap air di udara, seperti saat curah hujan, badai, badai hujan es, dan badai salju.

5 Studi Literatur Studi literatur adalah mencari referensi teori yang relevan dengan kasus atau permasalahan yang ditemukan. Literatur tersebut berisi tentang judul literatur, masalah, metodologi penelitian, dan hasil penelitian. Studi literatur dalam sebuah penelitian untuk mendapatkan gambaran yang menyeluruh tentang apa yang sudah dikerjakan orang lain dan bagaimana orang mengerjakannya, kemudian seberapa berbeda penelitian yang akan dilakukan. Serta untuk memperkuat permasalahan serta sebagai dasar teori dalam melakukan studi dan juga menjadi dasar untuk melakukan sebuah penelitian. Dalam penelitian ini, jurnal yang menjadi referensi merupakan jurnal international dan nasional kemudian dibuat kesimpulan dari hasil tulisan penelitipeneliti sebelumnya sehingga dapat membuat pembaharuan dalam penelitian agar memiliki hasil akhir yang berbeda dari penelitian-penelitian yang pernah dilakukan serta memperkuat teori dasar. Kelima jurnal tersebut selajutnya dibandingkan dengan penelitian yang akan dilakukan untuk menemukan relevansi dan dasar penelitian Literatur Pertama Judul Penelitian: A Substrate Integrated Waveguide Bandpass Filter Using Novel Defected Ground Structure Shape.[4] Dalam pembahasan jurnal ini membahas tentang cara membuat Bandpass filter SIW (Substrate Integrated Waveguide) menggunakan metode DGS (Defected Ground Structure). Bandpass Filter pada jurnal ini bekerja pada frekuensi X-Band (8,2 GHz 12,4 GHz). Pada pembuatannya DGS dicetak pada atas pada bagian atas substrate dengan akurasi yang tinggi. Pada jurnal ini terdapat 3 DGS sebagai

6 10 resonator yang bertujuan untuk mendapatkan filter dengan ukuran yang dapat dipabrikasi, insertion loss yang rendah, return loss yang baik. Pada perancangan resonator disebut dengan defect ground structure (DGS) yaitu adalah suatu cara menekan gelombang permukaan dengan cara menghilangkan (etching) sebagian bidang ground. [7] Berdasarkan dari tujuan awal, SIW-DGS ini bekerja pada frekuensi X-Band. Pada desain filter ini terdapat 2 bagian penting, yaitu lapisan DGS yang melalui proses etching dan substrate Rogers RT/ Duroid Gambar 2.2 : SIW DGS Dengan 3 Resonator Gambar 2.2 menunjukan dengan spesifikasi resonator kiri dan kanan sebagai resonator input dan output. Tabel 2.2 Dimensi filter SIW DGS Simbol Ukuran (mm) Simbol Ukuran (mm) ws 1,52 b1 2 w 0,5 c1 1 a 14,8 d1 4,65 wi 0,3 t1 0,52

7 11 Simbol Ukuran (mm) Simbol Ukuran (mm) Lt 1,1 b2 2,1 D 1 c2 0,95 R 0,25 d2 4,7 bi 0,6 t2 0,49 we 2,6 b3 2 x2 3,8 c3 1,05 di 0,25 d3 4,6 ci 0,3 t3 1,8 Setelah melalui beberapa perhitungan dan simulasi maka dapat dimensi filter SIW DGS seperti Tabel 2.2. Gambar 2.3 : SIW DGS Filter Setelah Pabrikasi Dengan menggunakan PCB single layer Rogers RT/ Duroid 5880 dan proses etching dengan planar bahan (ε r ) 2,2 ± 0,02, Loss Tangent 0,001 (pada 10GHz) dan tebal substrate 0,508mm.

8 12 Gambar 2.4 : Perbandingan Hasil Simulasi dan Pengukuran Setelah Pabrikasi Pengukuran setelah pabrikasi menggunakan Agilent Vector Network Analyzer N5245A. Pada Gambar 2.4 dibandingkan parameter S pada saat simulasi dan pada saat pengukuran. Dari hasil pengukuran didapatkan titik tengah frekuensi sebesar 9 GHz, fractional Bandwidth 32% dan return loss 20dB Literatur Kedua Judul Penelitian: Current and Future Research Trend in Substrate Integrated Waveguide Technology.[5] Pada literatur ini membahas tentang SIW pada saat sekarang dan pengembangannya. Didasari dari dielectric substrap pada sisi atas dan bawah dengan lubang metal, struktur SIW menawarkan low loss, fleksibel, dan efisiensi cost untuk papan sirkuit aktif, pasif komponen dan radiasi elemen yang lebih baik dengan substrate yang sama.

9 13 Pengembangan dari teknologi gelombang milimeter (mm-wave) sangat penting untuk evolusi sistem wireless dan diaplikasikan pada teknologi elektromagnetik dalam beberapa tahun kedepan. Dalam kenyataanya variasi dari penerapan teknologi ini ditujukan pada frekuensi 60GHz 94GHz seperti: Wireless Network, Radar pada dunia otomotif, sensor gambar dan alat biomedical. Model dari komponen SIW mirip dengan teknik full wave numerical. Beberapa faktor yang berpengaruh untuk teknik SIW adalah diameter lubang, jenis substrate, jarak antar lubang dan jarak antar baris lubang. Gambar 2.5 : Komponen Penting Filter SIW Aktivitas research kedepannya untuk teknologi SIW akan mengembangkan frekuensi Bandwidth 60 dan 350GHz, untuk mencari material baru, teknologi pabrikasi dan penyesuaian terhadap aplikasi. Implementasi dari SIW akan meminta pengembangan untuk structur, meminimalisir ukuran, penyesuaian bandwidth dan yang terpenting yaitu meminimalisir losses.

10 Literatur Ketiga Judul Penelitian : Substrate Integrated Waveguide (SIW) to Microstrip Transition at X-Band.[6] Pada jurnal ini akan dibahas mengenai SIW aplikasi X-Band. Substrate Integrated Waveguide (SIW) adalah inovasi baru dalam dunia transmisi telekomunikasi. SIW difasilitasi dan direalisasikan dari sirkuit waveguide yang terintegrasi ke planar form (microstrip) dalam sistem. Jurnal ini menjelaskan tentang desain transisi dari microstrip ke SIW dengan frekuensi antara 8 12GHz dengan pengukuran insertion loss dibawah 0,6dB dan return loss kurang dari 10dB. Sebelum dipabrikasi SIW akan disimulasikan dengan aplikasu HFSS dan setelah pabrikasi akan dianalisa menggunakan VNA (Vector Network Analyze). Substrate Integrated Waveguide (SIW) dapat juga diartikan sebagai pengarah gelombang transmisi seperti rectangular waveguide. SIW juga memiliki Frequency Cut Off (Fc) seperti halnya rectangular waveguide. SIW dan rectangular waveguide hanya berbeda pada medianya, rectangular waveguide dengan media dinding metal, sedangkan SIW dengan media PCB (Printed Circuit Board) double layer dengan lubang-lubang. Parameter utama SIW adalah jarak antar vias (lubang) yang biasa disimbolkan dengan P (Pitch), diameter vias D, jarak tengah antar baris lubang Ar dan juga lebar SIW Ae.

11 15 Gambar 2.6 : Skema Desain SIW Parameter dari SIW harus didesain dengan hati-hati dan teliti. λ g (Panjang gelombang) merupakan hal penting untuk menentukan diameter lubang dan jarak antar lubang. D < λ g 5 (2.1) P 2D (2.2) Untuk menentukan frekuensi cut off dapat menggunakan rumus dibawah: f c = c 2 ε r (A r D2 0.95P ) 1 (2.3) Dimana c merupakan cepat rambat cahaya yaitu 3x10 8 dan ɛr merupakan planar bahan PCB (substrate). Untuk menentukan lebar dari rectangular waveguide Ae dapat menggunakan rumus dibawah: A e = a ε r (2.4)

12 16 Dimana a merupakan dimensi dari rectangular waveguide. Gambar 2.7 : Rectangular Waveguide Maka dapat menentukan Ar dengan menggunakan rumus: A r = A e + D P (2.5) Jurnal ini bertujuan agar pembaca dapat merancang filter microstrip SIW dengan frekuensi X-Band. Perhitungan diatas harus diiringi dengan simulasi untuk mencapai insertion loss dibawah 0,6dB dan return loss dibawah 10dB Literatur Keempat Judul Penelitian : Design of Substrate Integrated Waveguide Pass Filter at [33-75] GHz Band.[7] Jurnal ini menampilkan desain dari 2 filter SIW dalam 2 Bands yang berbeda. Konsep dari jurnal ini adalah dengan membuat 2 topology yang berbeda. Filter pertama dengan topology circular inductive dengan Band [33-50] GHz, dengan substrate RT/ Duroid 5880 dengan planar 2,2, hasil dari simulasi menunjukan insertion loss kurang dari -0,4dB dengan 3,5% bandwidth sekitar 41,7GHz dan return loss lebih dari -15dB diantara 41,1GHz dan 42,4GHz.

13 17 Sedangkan filter yang kedua dengan frekuensi [50-75]GHz pada substrate NY9217 (IM) dengan planar bahan 2,17 dan bandwidth sekitar 62GHz dan return loss lebih dari -15dB diantara 60GHz dan 66,3GHz. Substrate Integrated Waveguide (SIW) terbuat dari metal dengan lubang diantara permukaan atas dan permukaan bawahnya seperti terliahat pada Gambar 2.8. Gambar 2.8 : Substrate Integrated Waveguide (SIW) D merupakan diameter dari lubang, P merupakan jarak antar lubang dan Wsiw merupakan jarak antar baris lubang. Jarak dan panjang SIW dapat ditentukan dengan perhitungan dibawah ini. W eff = W SIW D P (2.6) L eff = L SIW D P (2.7) Untuk mencari frekuensi cut off dapat ditentukan dari rumus berikut. W c10 = c 2W eff ε r (2.8)

14 18 Secara umum SIW bekerja pada 2 bagian, yaitu bagian microstrip dan bagian SIW itu sendiri. Pada bagian microstrip terdapat bebearapa bagian yaitu lebar (Wm) dan dimensi (Wt dan Lt) seperti pada Gambar 2.9 dibawah ini. Gambar 2.9 : Bagian microstrip dari SIW Filter ini didesain dengan menggunakan substrate RT Duroid 5880 dengan planar 2,2 dan tebal 0,254mm. Pada jurnal ini lubang (vias) didesain dengan diameter 0,25mm dan jarak antar lubang 0,4mm. Standard dimensi yang dipakai untuk rectangular waveguide pada frekuensi [33-50]GHz adalah a = 5,7mm dan b = 2,85mm dengan frekuensi cut off sebesar 26,3GHz. Setelah perhitungan menggunakan Rumus 2.6 dan 2.7 maka dapat Weff sebesar 3,84mm dan jarak antar baris SIW adalah 4mm. Parameter dari microstrip sebagai berikut: Wm = 0,63mm ; Wt = 1,5mm ; Lt = 4mm Maka akan terbentuk SIW seperti pada Gambar berikut. Gambar 2.10 : Konfigurasi SIW

15 19 Kemudian dapat disimulasi menggunakan aplikasi HFSS dengan frekuensi sweep sebesar 33 50GHz. Gambar 2.11 : Hasil Simulasi Menggunakan Aplikasi SIW Hasil ada Gambar 2.11 mengindikasikan bahwa faktor refleksi S11 kurang dari 15dB pada frekuensi [33-50]GHz dan insertion loss sekitar 0,5dB. Filter ini dapat diaplikasikan untuk kominikasi satelit, filter ini dapat terintegrasi langsung dengan sirkut lain dan mudah dalam pembuatan sehingga masih dapat dikembangkan sesuai dengan perkembangan teknologi Literatur Kelima Judul Penelitian: Design of Substrate Integrated Waveguide Based Bandpass Filter and Power Dividers. [8] Sebuah sirkuit microwave secara umum interkoneksi dengan banyak faktor mendasar seperti filter, coupler, power dividers, dll. Namun persyaratan penting dalam sebuah perangkat yaitu kemampuan untuk mengirim sinyal dari satu titik ke titik lain secara efisien. Hal ini membutuhkan transportasi energi elektromagnetik dalam bentuk rambatan gelombang. Oleh karena itu sebuah microwave membutuhkan sebuah guide untuk merambatkan sinyal dari satu titik ke titik lain.

16 20 Microstrip lines adalah salah satu struktur guide yang paling banyak digunakan dan biasanya bekerja pada mirowave frekuensi rendah karena konstruksinya sederhana dan biaya rendah. Gambar 2.12 : Microstrip Lines Baru-baru ini juga dikembangkan microstrip yang dipadukan waveguide yang disebut dengan Substrate Integrated Waveguide (SIW). SIW terbuat dari bahan dielektrik dengan sisi atas dan bawah adalah konduktor dan 2 baris lubang yang membentuk dinding. Bila dibandingkan dengan sebuah microstrip SIW memiliki karakteristik dari kedua keuntungan microstrip, yaitu efektif salam hal biaya, pabrikasi mudah dan dapat terintegral dengan perangkat planar. SIW diklaim lebih baik dibanding dengan microstrip pada frekuensi tinggi dan memiliki karakter waveguide dispersion. Gambar 2.13 : SIW (Substrate Integrated Waveguide)

17 21 Hubungan antara rekuensi cut off dan dimensi a dan b adalah sebagai berkut. f c = c 2π ( mπ a )2 + ( nπ b )2 (2.9) dimana c merupakan kecepatan cahaya yaitu 3x10 8. Rumus diatas dapat dijadikan sederhana seperti dibawah ini. f c = c 2a (2.10) Gambar 2.14 : Rectangular Waveguide Pada Fc yang sama pada DFWG (Dielectric Filled Waveguide) memiliki persamaan empiris terkait dengan lebarnya (as) seperti berikut. a s = a d + d2 0,95 p (2.11) Dimana ad merupakan a dan ε ε r merupakan planar bahan dielektrik. r

18 22 Gambar 2.15 : Dimensi dari SIW Ketentuan lain dari SIW adalah d < λ g 5 dan p < 2d dimana λ g merupakan panjang gelombang yang memiliki persamaan sebagai berikut. λ g = 2π ( ε r(2πf) 2 c 2 ) ( π a )2 (2.12) Perlu diperhatikan juga bahwa ketebalan substrate tidak terlalu berpengaruh pada Persamaan 2.12 tetapi juga harus diperhatikan keuntungan dan kekurangan dari ketebalan substrate Perbandingan Literatur Perbandingan literatur sangat diperlukan dengan tujuan untuk mempermudah pembaca atau peneliti lain dalam hal memahami literatur secara keseluruhan dalam bentuk yang lebih ringkas. Berikut tabel perbandingan literatur yang terkait dengan perancangan dan realisasi bandpass filter aplikasi downlink VSAT.

19 23 Tabel 2.3 Tabel perbandingan jurnal Frekuensi Bandwidth No Jurnal Metode Jenis Filter (GHz) (MHz) Aplikasi Analisa 1 Literatur Pertama SIW DGS Lowpass Filter 8,2-12, Radar FMCW Sonet 2 Literatur Kedua SIW Literatur Ketiga SIW Bandpass Filter Microwave HFSS SIW 4 Literatur Keempat Circular Inductive Bandpass Filter HFSS & Planar 5 Literatur Kelima SIW Power Dividers Bandpass Filter Sonet 6 Project SIW Bandpass Filter 3,7 4,2 500 Downlink VSAT HFSS 2.5. Dasar Filter Telekomunikasi Filter adalah suatu rangkaian yang digunakan untuk membuang tegangan output pada frekuensi tertentu. [1] Untuk merancang rangkaian filter dapat digunakan komponen pasif (R, L, C) dan komponen aktif (Op-Amp, transistor).

20 24 Dengan demikian filter dapat dikelompokkan menjadi filter pasif dan filter aktif. Pada makalah ini akan dibahas mengenai filter pasif dan filter aktif. Pada dasarnya filter dapat dikelompokkan berdasarkan response (tanggapan) frekuensinya menjadi 4 jenis: 1. Filter lolos rendah/ Low pass Filter. 2. Filter lolos tinggi/ High Pass Filter. 3. Filter lolos rentang/ Bandpass Filter. 4. Filter tolak rentang/band stop Filter or Notch Filter. Insertion loss adalah rugi yang terjadi akibat daya dari saluran masukan coupler serat optik terdistribusi diantara saluran keluaran dengan port 1 dan port 2. Insertion loss diukur sebagai pembanding daya output tunggal terhadap daya inputnya. [9] Cut off frekuensi adalah frekuensi yang dilewatkan sesuai dengan kebutuhan dan dimulai dari magnitude filter -3dB. [10] 2.6. Aproksimasi Filter Aproksimasi filter adalah proses mendapatkan fungsi transfer filter yang memenuhi spesifikasi yang dibutuhakan. [11] Aproksimasi Butterworth Filter dengan pendekatan Butterworth mempunyai karakteristik memberikan bentuk filter yang sedatar mungkin di wilayah lolos dan membesar/mengecil dengan tajam di wilayah tolak. Gambar 2.9 menunjukkan kurva peredamannya. Di wilayah lolos, f < fc, peredaman filter ideal 0dB, didekati selama mungkin dari f = 0 sampai mendekati fc. Untuk f > fc, filter ideal meredam

21 25 sinyal secara sempurna atau LA, sedangkan pendekatan butterworth diharapkan membesar menuju nilai tersebut secara cepat. Seberapa baik kualitas dari pendekatan butterworth ini, tergantung dari seberapa banyak komponen LC (induktor dan kapasitor) yang dipergunakan. Jumlah dari L dan C dinyatakan sebagai n indeks/ordo dari filter. Makin besar nilai n yang digunakan, makin didekati karakter ideal dari filter yang dirancang. Pada Gambar 2.9 terlihat tiga buah filter dengan n yang berbeda. Berapa nilai n yang dipakai pada suatu rancangan tergantung dari tuntutan yang diberikan kepada filter ini. Pada prakteknya akan diberikan suatu nilai minimal peredaman di frekuensi tertentu. Berdasarkan tuntutan ini akan muncul nilai n minimal yang harus digunakan. Jika digunakan n yang lebih kecil (rangkaian menjadi lebih sederhana dan murah), tuntutan tersebut tak terpenuhi, sedangkan jika nilai n yang lebih besar digunakan (rangkaian menjadi lebih kompleks dan besar/mahal), tuntutan terpenuhi lebih baik, tetapi mungkin tidak diperlukan [12]. Untuk menentukan berapa ordo yang dipakai, digunakan spesifikasi peredaman minimal L, A, S, frekuensi ΩS, nilai n dapat dicari dengan persamaan. n log(100,1l A,S 1) 2logΩ s (2.13) Gambar 2.16 : Respon Lowpass Filter dan Posisi poles untuk Pendekatan Butterworth.

22 Aproksimasi Chebyshev Pendekatan chebyshev memanfaatkan celah pada spesifikasi, bahwa di wilayah lolos (Bandpass), peredaman tidak harus bernilai nol, tetapi boleh mengambil nilai tertentu, misalnya 0,01dB, 0,1dB atau nilai lainnya. Sehingga karakteristik dari pendekatan chebyshev menunjukkan ripple di wilayah lolos dan membesar secara monoton di wilayah tolak [2]. Kuadrat dari mutlak fungsi transfer filter chebyshev memiliki bentuk S 21 (jω) 2 = 1 1+e 2 T n (Ω) T n (Ω) = { cos (n cos 1 Ω) untuk Ω 1 cosh (n cosh 1 Ω) untuk Ω 1 (2.14) (2.15) Gambar 2.17 : Respon Lowpass Filter dan Posisi untuk Pendekatan Chebyshev 2.7. Saluran Transmisi Mikrostrip Saluran transmisi mikrostip sebagai bagian dari saluran transmisi planar, merupakan saluran transmisi yang secara teknik paling penting untuk aplikasi frekuensi radio (RF, Radio Frequency) dan gelombang mikro, juga untuk rangkaian digital dengan kecepatan tinggi (high speed digital circuits). Bentuk planar dari rangkaian ini bisa dihasilkan dengan beberapa cara, misalnya dengan photolithografi dan etching atau dengan teknologi film tipis dan tebal (thin-film and

23 27 thick-film technology). Seperti halnya pada saluran transmisi yang lain, saluran transmisi planar bisa juga dimanfaatkan untuk membuat komponen tertentu seperti filter, kopler, transformator ataupun percabangan. Jenis-jenis saluran transmisi planar lainnya adalah triplate (stripline) yang merupakan saluran transmisi coplanar. Pada awal perkembangannya triplate sering kali dipergunakan, tetapi dewasa ini mikrostrip dan coplanar line yang sering dipakai. Dilihat dari strukturnya saluran transmisi planar adalah struktur elektromagnetika yang sangat kompleks karena pada bidang penampangnya terdapat tiga buah material yaitu dielektrika, metal dan udara. Sehingga dalam analisanya dengan persamaan Maxwell, ketiga material ini akan membuat kondisi batas (boundary contions) yang sangat kompleks, sehingga solusi dari persamaan Maxwell juga merupakan medan listrik dan magnet yang sangat kompleks pula. Hanya pada triplate kita masih bisa mendapatkan solusi TEM (Transversal Electromagnetic), karena di sana hanya ada dua material: metal dan dielektrika. Pada saluran transmisi planar lainnya, yang kita dapatkan adalah gelombang hybrida (bukan TE dan bukan TM). Gelombang hybrida adalah gelombang yang memiliki komponen H dan komponen E ke arah perambatannya. Gelombang ini disebut juga gelombang HE (perhatikan gelombang H adalah gelombang yang hanya memiliki komponen H ke arah perambatan dan gelombang E hanya memiliki E ke arah perambatannya). Jika demikian halnya, maka seperti halnya waveguide, kita tidak bisa mendefinisikan impedansi gelombang, tegangan dan arus.

24 28 Jika saluran transmisi planar jenis mikrostrip, Gambar 2.18, dipergunakan pada frekuensi yang cukup rendah maka jenis gelombang yang merambat menjadi gelombang quasi TEM (seolah-olah TEM), gelombang ini merupakan mode dasar pada saluran transmisi ini. Gambar 2.18 : Mikrostip dan bagian-bagian pentingnya Perhitungan Impedansi Gelombang Tipe gelombang yang merambat di dalam mikrostrip adalah gelombang hybrid. Gelombang yang memiliki medan listrik dan magnet pada komponen axial (longitudinal), disebut juga gelombang HE atau EH. Sebagai pembanding, di dalam waveguide, gelombang E dan gelombang H bisa merambat, tetapi gelombang TEM tidak bisa merambat. Di dalam kabel koaksial, gelombang TEM sebagai mode dasar bisa merambat. Gelombang TEM tidak bisa merambat di mikrostip. Hal inilah yang mempersulit pembahasan mikrostrip secara eksak. Tetapi pada prakteknya, sering kali gelombang yang merambat di anggap sebagai gelombang TEM, yang mana anggapan ini hanya berlaku pada frekuensi rendah. Pada frekuensi ini komponen axial dari medan listrik dan magnet jauh lebih kecil dibanding dengan komponen transversalnya. Dengan model quasi TEM, maka pengamatan bisa direduksi menjadi kasus elektrostatika, seperti

25 29 halnya pada kabel koaksial. Tetapi, struktur mikrostrip yang tidak homogen akan diaproksimasikan dengan struktur homogen yang memiliki planar efektif r,eff. Gambar 2.19 : Pendefinisian Planar Relatif Sebagai Alat Bantu Analisa Untuk kasus strip metal yang sangat tipis (t 0), planar efektif dan dengan demikian impedansi gelombang bisa dihitung dengan dua rumus berikut ini, untuk u = W/h ε r,eff = ε r+1 2 ε r 1 12 [(1 + 2 u ) 0,5 + 0,04(1 u) 2 ] Z 0 = Ƞ ln ( 8 + 0,25u) 2π ε r,eff u yang mana 120 ohm sedangkan untuk u = W/h ε r,eff = ε r ε r 1 12 (1 + 2 u ) 0,5 (2.18) Z 0 = Ƞ ε r,eff [u + i, ,677. ln(u + 1,444)] 1 (2.19) Hammerstad dan Jensen memberikan rumus yang lebih tepat, ε r,eff = ε r ε r 1 12 (1 + 2 u ) a.b (2.20)

26 30 yang mana a = ln +( u 49 [u4 52 )2 ] + 1 ln [1 + u 4 (12 +0,432 18,7 u )3 ] (2.21) b = 0,564 ( ε r 0,9 ε r +3 )0,053 (2.22) Rumus perhitungan planar efektif ini memiliki akurasi lebih bagus dari 0,2% untuk parameter r 128 dan 0,01 u 100. Sedangkan impedansi gelombangnya adalah Z 0 = Ƞ 2π ε r,eff ln ( F u ( 2 u )2 ) (2.23) Dengan F = 6 + (2π 6)e (30,666 u ) (2.24) Rumus perhitungan impedansi gelombang memiliki akurasi lebih baik dari 0,01% untuk u 1 dan 0,03% untuk u Dengan didapatkannya planar relatif efektif, panjang gelombang saluran transmisi bisa dihitung menjadi. λ g = c ε r,eff (2.25) di mana 0 panjang gelombang yang merambat di udara bebas (m), atau λ g = 300 f(ghz) ε r,eff dalam satuan mm (2.26)

27 Perancangan Mikrostrip Proses perancangan mikrostrip adalah menentukan nilai u = W/h jika nilai Z o dan r diberikan. Hammerstad memberikan cara perhitungan sebagai berikut: Untuk u = W/h 2 W h = dengan 8eA e 2A (2.27) 2 A = Z 0 60 [e r+1 2 ]0,5 + e r 1 e r +1 dan untuk u = W/h [0,23 + 0,11 e r ] (2.28) W = 2 {(B 1) ln(2b 1) + e r 1 [ln(b 1) + 0,39 0,61 ]} (2.29) h p 2e r e r dengan B = 60p2 Z 0 e r (2.30) Prosedur di atas memiliki akurasi sekitar 1%. Jika diinginkan tingkat akurasi yang lebih, maka digunakan metoda dengan rumus penentuan impedansi pada bagian sebelumnya atau secara grafis.